本發(fā)明涉及一種用于諸如電動機等旋轉電機的摩擦制動器結構。

背景技術：

圖6示出了用于電動機的常規(guī)摩擦制動器結構。電動機包括電動機殼體100、定子101和轉子102，并且定子101和轉子102設置在電動機殼體100中。轉子102由旋轉軸103支撐。旋轉軸103支撐在輸出側軸承106a和輸出側反側軸承106b上。制動板104固定到旋轉軸103上。多個閘瓦105配置成面對制動板104。閘瓦105插入在軸承外殼部107中沿軸向方向鉆出的孔108中。輸出側反側軸承106b安裝在軸承外殼部107中。螺旋彈簧109將每個閘瓦105都朝向制動板104偏置以便與制動板104進行滑動接觸。螺旋彈簧109由彈簧保持板110支撐。

在如上所述的摩擦制動器結構中，閘瓦105在制動板104上的滑動接觸提供了制動作用以及當電動機停止時的保持轉矩。

專利文獻1公開了將多個上述閘瓦固定到環(huán)狀支撐件上。

[現(xiàn)有技術]

[專利文獻]

專利文獻1：jph11-089173a

技術實現(xiàn)要素：

[技術問題]

在這種常規(guī)摩擦制動器結構中，閘瓦隨著制動板的旋轉而旋轉，并且這種旋轉可能產生稱為制動尖叫的異常噪音。

鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是減少摩擦制動器結構中異常噪音的產生。

[解決問題的方案]

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施方案提供了一種摩擦制動器結構，包括：固定到旋轉電機的旋轉軸上的制動板；配置成面對所述制動板的環(huán)狀閘瓦；和閘瓦支撐板，所述閘瓦支撐板與所述旋轉電機的固定部配合以便沿軸向方向能夠移動，并且所述閘瓦支撐板支撐所述閘瓦的同時受到偏置作用而被偏置，以使所述閘瓦與所述制動板進行滑動接觸。

可以采用以下這樣的結構，其中在所述閘瓦的與和所述制動板進行滑動接觸的表面相反的表面以及所述閘瓦支撐板的支撐面中的任一個中設置有凸部，并且在另一個中設置有用于與所述凸部配合的配合部。

所述制動板可以在用于支撐所述旋轉軸的輸出側反側軸承的外側的位置處固定到所述旋轉軸上。

所述制動板的外徑可以小于所述輸出側反側軸承的外徑，以及所述制動板可以支撐在所述輸出側反側軸承的內環(huán)部上。

所述閘瓦的外徑可以小于所述輸出側反側軸承的外徑。

所述摩擦制動器結構還可以包括作為用于將所述偏置作用施加到所述閘瓦支撐板上的機構的錐形螺旋彈簧。

所述摩擦制動器結構還可以包括用于限制所述閘瓦支撐板沿所述軸向方向朝向所述制動板移動的接觸止動部，當所述閘瓦的軸向厚度減小到預定值以下時，會發(fā)生所述移動。

[發(fā)明的有益效果]

如上所述，根據(jù)本發(fā)明實施方案的摩擦制動器結構包括固定到旋轉電機的旋轉軸上的制動板；配置成面對所述制動板的環(huán)狀閘瓦；和閘瓦支撐板，所述閘瓦支撐板與所述旋轉電機的固定部配合以便沿軸向方向能夠移動，并且所述閘瓦支撐板支撐所述閘瓦的同時受到偏置作用而被偏置，以使所述閘瓦與所述制動板進行滑動接觸。

使環(huán)狀閘瓦與制動板進行滑動接觸的同時防止閘瓦與制動板一起旋轉減小了由閘瓦的摩擦力引起的旋轉力矩，從而使閘瓦和制動板之間的耦合部的彈簧常數(shù)更不易改變。因此，抑制了閘瓦的自激振動，從而可以減少稱為制動尖叫的異常噪音的產生。

附圖說明

圖1是從電動機的輸出側反側觀察到圖，其示出了制動板和閘瓦是如何配置的。

圖2示出了摩擦制動器結構中的耦合系統(tǒng)：圖2a示出了當閘瓦沒在旋轉時的耦合系統(tǒng)；以及圖2b示出了當閘瓦正在旋轉時的耦合系統(tǒng)。

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施方案的用于電動機的摩擦制動器結構的斷面圖。

圖4是圖2的局部放大圖。

圖5是摩擦制動器結構的分解立體圖。

圖6是用于電動機的常規(guī)摩擦制動器結構的斷面圖。

具體實施方式

[異常噪音的產生原理]

首先，發(fā)明人對異常噪音的產生原理進行了研究，下面對此進行詳細說明。

圖1是示出了圖6所示的電動機中的從電動機的輸出側反側觀察到的制動板104和多個閘瓦105的圖。在圖1中，沿周向方向等間隔設置的四個閘瓦105由附圖標記1051～1054示出，以便互相區(qū)分。制動板104的旋轉方向由箭頭a1表示。

摩擦制動器結構中的異常噪音的產生屬于耦合系統(tǒng)中的一種自激振動。圖2a和圖2b各自示出了從由圖1的箭頭y所示的方向觀察到的包括制動板104的一部分、閘瓦1052和螺旋彈簧109的耦合系統(tǒng)。圖2a和圖2b中的制動板104的彈性、質量和位置分別由kb、mb和xb表示。此外，圖2a和圖2b中的閘瓦1052的彈性、質量和位置分別由k、ms和xs表示。螺旋彈簧109的彈性由ks表示。在圖2b中，表示當制動板104的一部分由于制動板104的旋轉而沿箭頭a2的方向移動時觀察到的閘瓦1052的傾斜角。閘瓦1052的慣性矩由js表示。制動板104和閘瓦1052之間的摩擦系數(shù)由μ表示。從閘瓦1052的重心g到滑動接觸面105a的距離由l0表示，時間由t表示。制動板104和閘瓦1052之間的接觸面積由a表示，與圍繞閘瓦1052的重心g的旋轉相關的彈簧常數(shù)由表示。在平衡點附近，這些量具有以下關系：

式(1)是用于制動板位置的運動方程式。式(2)是用于閘瓦位置的運動方程式。式(3)是用于閘瓦旋轉的運動方程式。

這里，積分函數(shù)f(l)是表示制動板104和閘瓦1052之間的壓力的函數(shù)，其中l(wèi)表示在其中閘瓦1052的軸線和滑動接觸面105a之間的交點q用作基準點的情況下滑動接觸面105a上的坐標。積分函數(shù)f(l)可以近似表示如下：

結合上述方程式給出以下聯(lián)立方程式：

進行這些聯(lián)立方程式的拉普拉斯變換給出以下特征方程式：

其中s表示拉普拉斯算子。

一般而言，已知的是，如果上述特征方程式中的矩陣是對稱的，則表示該系統(tǒng)不是自激振動系統(tǒng)，但是如果通過切換行指標和列指標給出的任何一對元素具有相反的符號，則表示該系統(tǒng)是自激振動系統(tǒng)。在上述特征方程式中，與閘瓦的旋轉相關的元素不是對稱的，并且每個元素都很可能具有與通過切換行指標和列指標給出的元素相反的符號。這表示存在如下可能性：在旋轉方向上可能產生閘瓦的自激振動，從而導致異常噪音。

如上所述，專利文獻1公開了將閘瓦固定到環(huán)狀支撐件上。在這種情況下，隨著制動板旋轉，閘瓦可能相對于環(huán)狀支撐件稍微旋轉，從而導致自激振動，由此產生異常噪音。

[實施方案]

基于上述異常噪音的產生原理，下面對本發(fā)明的實施方案進行說明。

如圖3～5所示，電動機1具有用作外殼的電動機殼體10。在電動機殼體10中，設置有定子11和轉子12。轉子12由支撐在輸出側軸承13和輸出側反側軸承14上的旋轉軸15支撐。

輸出側反側軸承14安裝在一體地設置于電動機殼體10上的軸承外殼部10a內。在軸承外殼部10a中，在軸向方向上鉆出孔10b，以與電動機殼體10的外部連通。大致呈橢圓形的孔10b具有形成在外周中以彼此面對的兩個平面部10b1和10b2。因此，孔10b具有所謂的d形切口形狀。

環(huán)狀制動板20在輸出側反側軸承14的外側的位置處固定到旋轉軸15上。旋轉軸15通過制動板20的孔20a。另外，制動板20支撐在輸出側反側軸承14的內環(huán)部14a上。制動板20的外徑小于輸出側反側軸承14的外徑。制動板20與旋轉軸15一起旋轉。

環(huán)狀閘瓦30配置成面對制動板20。旋轉軸15通過閘瓦30的孔30a。閘瓦30的外徑小于輸出側反側軸承14的外徑。閘瓦30在軸向端面30b中具有四個凸部30c，該軸向端面30b與和制動板20進行滑動接觸的另一個軸向端面相反。凸部30c沿周向方向等間隔設置。閘瓦30可以由諸如pps(聚苯硫醚)樹脂或ptfe(聚四氟乙烯)樹脂等材料制成。

閘瓦30由沿軸向方向能夠移動的環(huán)狀閘瓦支撐板40支撐。旋轉軸15通過設置在閘瓦支撐板40的中央的第一孔40a。

閘瓦支撐板40具有形成在外周40b中以跨過第一孔40a而彼此面對的兩個平面部40b1和40b2。這兩個平面部40b1和40b2設置成分別與兩個平面部10b1和10b2配合。因此，閘瓦支撐板40具有大致橢圓形的所謂d形切口形狀。閘瓦支撐板40的兩個平面部40b1和40b2分別與平面部10b1和10b2配合而防止閘瓦支撐板40圍繞旋轉軸15旋轉，同時允許閘瓦支撐板40沿軸向方向移動。

另外，閘瓦支撐板40具有沿周向方向等間隔設置以分別與四個凸部30c配合的四個第二孔40c。四個第二孔40c分別與四個凸部30c配合而將閘瓦30固定在閘瓦支撐板40上。

在閘瓦支撐板40的與閘瓦30的支撐面相反的外側軸向端面上配置有錐形螺旋彈簧50。錐形螺旋彈簧50支撐在通過螺釘61安裝到電動機殼體10上的錐形螺旋彈簧支撐板60上。閘瓦支撐板40受到錐形螺旋彈簧50的偏置作用而被偏置，以使閘瓦30與制動板20進行滑動接觸。

此外，在輸出側反側軸承14和閘瓦支撐板40的外周部40d之間設置有接觸止動部10c。外周部40d位于第二孔40c的徑向外側。接觸止動部10c從軸承外殼部10a的孔10b的內壁徑向向內突出。設置接觸止動部10c以限制閘瓦支撐板40沿軸向方向朝向制動板20移動。當閘瓦30因與制動板20的滑動接觸而被磨損到足以使得閘瓦30的軸向厚度減小到預定值以下時，會發(fā)生這種移動。

[作用和效果]

如上所述，將閘瓦30固定到被防止圍繞旋轉軸15旋轉的同時允許其沿軸向方向移動的閘瓦支撐板40上。因此，當驅動電動機1時，防止閘瓦30隨著旋轉軸15和制動板20的旋轉而旋轉，從而允許制動旋轉軸15的旋轉。當電動機1的驅動停止時，閘瓦30的制動力可以快速地使旋轉軸15的旋轉停止。另外，當電動機停止時，向旋轉軸15施加一定的保持力。如上所述，該實施方案提供了當電動機被驅動時的制動作用以及當電動機停止時的保持轉矩。

通過使具有允許確保足夠的滑動接觸面積的環(huán)形形狀的閘瓦30與制動板20進行滑動接觸，防止了閘瓦30與制動板20一起旋轉。這抑制了由閘瓦30的摩擦力引起的旋轉力矩，從而使閘瓦30和制動板20之間的耦合部的彈簧常數(shù)更不易改變。

這里，在表示耦聯(lián)振動的方程式(4)～(6)中的每一個中，右側第一項表示引起簡諧運動的恢復力，并且該項的系數(shù)是所謂的彈簧常數(shù)。傾斜角包含在第二或之后的項中，其產生與圖6所示的常規(guī)技術中的彈簧常數(shù)的變化相同的效果。

相比之下，根據(jù)上述實施方案，通過使閘瓦30和制動板20之間的耦合部的彈簧常數(shù)更不易改變，可以抑制閘瓦30的自激振動，從而可以減少稱為制動尖叫的異常噪音的產生。

相對于式(7)對降低異常噪音的產生的這種效果進行說明。然而，需要指出的是，由于似乎難以簡單地使用包括三個變量且沒有進行任何修正的式(7)，所以下面通過使用包括經由減少式(7)中的元素獲得的兩個變量的修正方程式來考慮對是否穩(wěn)定的判斷。假設這樣的修正方程式可以表示如下：

已知的是，當該方程式中非對角元素的乘積為負時，表示系統(tǒng)是自激振動系統(tǒng)。

根據(jù)上述實施方案，閘瓦30的環(huán)形形狀允許閘瓦30確保足夠的滑動接觸面積，從而防止或抑制閘瓦30與制動板20一起旋轉。換句話說，與圖6所示的常規(guī)技術不同的是，在該實施方案中傾斜角為零或無限接近零。從式(7)中排除用于閘瓦旋轉的運動方程式給出以下方程式：

在式(9)中，兩個非對角元素的乘積為正，表示該系統(tǒng)不是自激振動系統(tǒng)。這意味著上述實施方案可以減少制動器中的異常噪音的產生。

相比之下，對于圖6所示的常規(guī)技術，從式(7)中排除xb給出以下方程式：

根據(jù)常規(guī)技術，由于存在傾斜角所以包含在非對角元素中的如下表達式可以為正值和負值。

k∫lda

這提供了兩個非對角元素的乘積可能為負的可能性，表明常規(guī)技術可能出現(xiàn)自激振動，從而可能在制動器中產生異常噪音。

與制動板20之間的摩擦使閘瓦30逐漸磨損，并且減小了閘瓦30的軸向厚度。這種厚度減小使得錐形螺旋彈簧50向其施加偏置力的閘瓦支撐板40朝向制動板20移動。閘瓦支撐板40最終與接觸止動部10c接觸，從而限制了閘瓦支撐板40朝向制動板20的進一步移動。當閘瓦30被進一步磨損時，閘瓦30不再與制動板20進行滑動接觸。這防止或抑制了如果閘瓦30即使被磨損到某一相當大的程度之后還進行這種滑動接觸時預計會發(fā)生的火花的產生。

相比之下，在沒有設置接觸止動部10c的圖6中，可以通過限制螺旋彈簧109的自由高度使得在閘瓦105被大量磨損之后螺旋彈簧109不被壓縮來防止或抑制火花的產生。然而，在這種情況下，隨著閘瓦105被磨損，螺旋彈簧109的壓縮高度增高，因此螺旋彈簧109的偏置力減小。這可能導致制動力的減小。

在上述實施方案中，接觸止動部10c的存在消除了對這種彈簧自由高度進行限制的需要。這使得可以選擇具有足夠大的自由高度以在閘瓦支撐板40與接觸止動部10c接觸之前施加足夠的偏置力的彈簧作為錐形螺旋彈簧50。因此，上述實施方案可以在閘瓦支撐板40與接觸止動部10c接觸之前提供可靠的制動力。

在圖6中，制動板104軸向地設置在輸出側反側軸承106b的內側。閘瓦105配置在輸出側反側軸承106b的徑向外側，以便不干擾輸出側反側軸承106b。因此，制動板104具有相對較大的外徑。換句話說，在距離旋轉軸103的軸線相對較遠的點處閘瓦105與制動板104進行滑動接觸。這必然使滑動接觸部的周向速度增大到相對較高的值。

閘瓦的磨損量與由彈簧的偏置力f引起的接觸壓力p[mpa]和閘瓦的滑動接觸面上的周向速度v[m/s]的乘積pv成比例。然而，在周向速度v增大到一定值以上之后，磨損量增大到較大的值而不再依賴于p。這使得難以延長圖6中的制動器壽命。

在上述實施方案中，制動板20和閘瓦30的外徑均小于輸出側反側軸承14的外徑。因此，滑動接觸部離旋轉軸15的軸線相對較近，這抑制了滑動接觸部上的周向速度v的增大?；瑒咏佑|部離軸線越近，提供期望的制動力所需要的彈簧偏置力f越大。然而，在上述實施方案中，閘瓦30的允許確保足夠的滑動接觸面積的環(huán)形形狀限制了p的值。因此，減小了乘積pv的值，從而可以延長制動器壽命。

此外，代替多個閘瓦，設置單個一體化的閘瓦，并且僅設置一個錐形螺旋彈簧作為與閘瓦相對應的偏置機構。這允許更有效地組裝。

另外，盡管將制動器結構設置在輸出側反側軸承的軸向外側被認為是增加了電動機沿軸向方向的尺寸，但是通過利用錐形螺旋彈簧可以限制這種尺寸增大。

[其他實施方案]

代替錐形螺旋彈簧50，可以設置諸如普通螺旋彈簧等任意偏置機構或任意彈性機構。

在上述實施方案中，凸部30c的數(shù)量為4個，但可以設定為任意數(shù)量。僅需要設置與凸部30c一樣多的第二孔40c。第二孔40c僅必須是用于與凸部30c配合的配合部，并且可以從閘瓦支撐板40的支撐面穿透到其相對面，或者不穿透到其相對面，而是形成為凹部。以下這種替代的配置也是可行的，其中凸部30c設置在閘瓦支撐板40上并且第二孔40c設置在閘瓦30上。

閘瓦支撐板40不一定與作為設置在電動機1中的固定部并且預計不會因驅動電動機1而移動的軸承外殼部10a配合，而是可以與另一個固定部配合。

摩擦制動器結構也可以設置在電動機1以外的旋轉電機上。

以上具體說明了摩擦制動器結構的特定實施方案。然而，本發(fā)明不限于這些實施方案，并且對于本領域技術人員來說顯而易見的任何變形和修改都包含在本發(fā)明的技術范圍內。

附圖標記列表

1電動機

10電動機殼體

10a軸承外殼部

10b孔

10b1平面部

10b2平面部

10c接觸止動部

11定子

12轉子

13輸出側軸承

14輸出側反側軸承

14a內環(huán)部

15旋轉軸

20制動板

20a孔

30閘瓦

30a孔

30b軸向端面

30c凸部

40閘瓦支撐板

40a第一孔

40b外周

40b1平面部

40b2平面部

40c第二孔

40d外周部

50錐形螺旋彈簧

60錐形螺旋彈簧支撐板

61螺釘

100電動機殼體

101定子

102轉子

103旋轉軸

104制動板

105閘瓦

1051～1054閘瓦

105a滑動接觸面

106a輸出側軸承

106b輸出側反側軸承

107軸承外殼部

108孔

109螺旋彈簧

110彈簧保持板

g重心

傾斜角

l0距離

l坐標

q交點

a1、a2、y箭頭